JP2751975B2 - 半導体処理装置のロードロック室 - Google Patents

半導体処理装置のロードロック室

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はロードロック機構を有す
る半導体処理装置に関わり、とくに装置を小型化し、処
理スピードの向上して自動化ラインに適合するようにし
た半導体処理装置のロードロック室に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のイオン打込装置、スパッタ装置、
エッチング装置等の半導体処理装置ではそれらの処理を
真空下で行う必要があるため、真空室を構成してその中
にウェハを搬送するようにし、真空の処理室とウエハを
収容したカセットの投入、取り出しを行う室間をゲート
バルブで区切ったロードロック機構を設けて処理能力を
向上するようにしていた。
【０００３】特願昭５９−２１１４６号公報には、連続
搬送機構により上記ゲートバルブを開閉してカセットを
真空処理室へ移行し順次処理することが開示されてい
る。また、米国特許４，８３６，７３３号公報には、複
数個のカセット毎にロードロック室を設け、各ロードロ
ック室からウェハを真空処理室に出し入れすることが開
示されている。また、特開平２−３９５２３号公報に
は、真空ロードロック室を中心にして略９０度毎の間隔
で例えば３つの真空処理室をそれぞれのゲートバルブを
介して同心円状に配置し、ウエハを真空ロードロック室
に搬送してから上記３つの真空処理室の一つに搬送する
ことが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体処理装置
においては処理時間が長く処理コストが大きい点が問題
となっていた。一般に上記ゲートバルブは大きなスペー
スを要し非常な高価格であるうえ、これに伴う排気シス
テムが複雑なため多大な時間と労力を費やしてメンテナ
ンスし信頼性を維持するようにしていた。
【０００５】上記特願昭５９−２１１４６号公報の方法
では、カセツトを連続搬送機構により順次処理して行く
為、真空処理室の前後で２つのロードロック室を要し、
さらに各室を区切るゲートバルブが最低４ヶ所必要とな
るため、各室毎の排気系とそれに伴う複雑な制御系、な
らびに多くの真空バルブが必要となる。
【０００６】上記米国特許４，８３６，７３３号公報の
方法においても同様に排気システムが増大し、各ロード
ロック室部の機構部品の増大により信頼性が低下すると
いう問題があった。さらに、上記複数のロードロック室
に対応してウェハ取り出し位置（アクセスポイント）も
複数になるため、下記の問題を伴っていた。 （１）ウェハを真空処理室へ搬送する真空ロボット等の
搬送手段を複数設けたり、あるいは搬送手段の移動機構
を加える必要があり、このため真空室内の複雑な精密機
構部を最小限にして信頼性の向上を図ることが困難であ
る。
【０００７】（２）ロードロック室から処理室へウェハ
を搬送する毎に、真空ロボット等の搬送手段をロードロ
ック室のアクセスポイントに移動させる必要上、移動時
間によりスループットが低下する。 （３）ロードロック室のカセット投入／取出し位置が複
数あるため、カセットを自動化ラインの無人搬送車によ
り搬送して上記カセット投入／取出し口のいずれかに投
入する場合、各カセット投入／取出し口毎に停止位置を
設定して位置確認用センサーを設け、無人搬送車を停止
させてカセットの位置を調整し、その結果を上位コンピ
ューターにより確認するようにするため、無人搬送車の
制御が複雑化する。上記難点は短い距離の間に多数のカ
セット投入／取出し口を設置することが原因とであり、
これにより作業が多様化して自動化が困難になる。ま
た、隣接するロードロック室との干渉が発生するという
問題も発生する。
【０００８】特開平２−３９５２３号公報の方法では、
真空ロードロック室に投入したウエハを周辺の３つの真
空処理室のいずれかに搬送して対応する真空処理を行う
ことができるものの、一枚のウエハを処理している間は
他の真空処理室が遊ぶことになり効率が悪いという問題
があった。
【０００９】本発明の目的は上記従来装置の問題点に鑑
み、単一のゲートバルブを介して複数個のカセットを同
時にロードロック室に投入できるようにし、ロードロッ
ク室内の複数のカセットをロードロック室周辺部に設け
た複数の真空処理室にロ−ドして各真空処理を並行して
行うようにして、スループットを向上し、さらに機構を
簡略化して信頼性を向上させることにある。また上記ロ
ードロック室内の複数のカセットを指定された真空処理
室に迅速、正確、安定に移動してカセットを一旦大気中
に取り出すことなく複数の真空処理を連続して行って、
ウエハの汚染を防止し、同じにスループットを向上する
ことのできる半導体処理装置のロードロック室を提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る半導体処理装置のロードロック室の構成
は、半導体処理装置のロードロック室において、半導体
ウエハを搭載したカセットを外部より出し入れするため
の第一のゲートバルブと、該ロードロック室の外周に沿
って等角度間隔で配置され、該半導体ウエハの搬送機構
をそれぞれ内設した複数の真空処理室と、該ロードロッ
ク室の外周に沿って等角度間隔で配置され、該カセット
内の半導体ウエハを搬送・搬出するため上記ロードロッ
ク室と上記複数の真空処理室とをそれぞれ接続する複数
の第二のゲートバルブと、上記ロードロック室内に回転
テーブルと、上記回転テーブル上に、該回転テーブルに
対して上記カセットを傾けて搭載できる複数の搭載手段
と、上記回転テーブルの回転位置を制御すると共に、該
搭載手段の傾き角を制御する制御装置とを具備したこと
を特徴とするものである。
【００１１】前記半導体処理装置のロードロック室にお
いて、それぞれ上下方向へ搭載部を複数段設けた前記複
数の搭載手段と、該各搭載手段の複数搭載部の一端を上
記回転テーブルに連結するヒンジと、該各複数段搭載部
のそれぞれの傾きを上記ロ−ドロック室の外部より真空
シ−ル部を介して同時に上下に傾けて制御する駆動装置
とを備え、前記半導体ウエハを真空処理室側に搬送しも
しくは真空処理室側からの搬出時には、上記搭載手段で
上記カセットを水平に維持できるようにしたことを特徴
とするものである。前記半導体処理装置のロードロック
室において、該第二のゲートバルブに対応して等角度間
隔位置にカセットを配置する上記複数の搭載手段を備
え、上記複数の搭載手段上のカセット内の所定の半導体
ウエハを、別個にもしくは同時に所定の第二のゲートバ
ルブを介して該真空処理室側に搬送しまたは該真空処理
室側から搬出するようにしたことを特徴とするものであ
る。
【００１２】
【作用】上記回転テーブルは複数のカセットを搭載して
所定のカセットを所定のゲートバルブ前に搬送する。ま
た、上記ゲートバルブを介して所定の真空処理室側に上
記カセット内の所定のウエハを搬送して真空処理する。
さらに、複数のウエハをそれぞれ所定の真空処理室側に
同時に搬送して並行して処理する。また、上記回転テー
ブル上の複数のカセット内の複数のウエハをロードロッ
ク室の一度の真空排気中に連続して真空処理する。
【００１３】また、上記各カセットを少なくとも回転テ
ーブルの回転時には傾けて、遠心力による各カセット内
のウエハの飛び出しを防止する。また、上記回転テーブ
ル上に複数のカセットを積層して搭載してロードロック
室の一度の真空排気中に真空処理するウエハ枚数を増加
させる。
【００１４】
【実施例】図１は本発明による半導体製造装置用ロード
ロック室実施例の正面断面図、図２は同上面断面図であ
る。図１、および図２において、複数のカセット１０１
〜１０４等をゲートバルブ１１を介して大気中からロー
ドロック室１内の回転テーブル２上に装着する。次い
で、ゲートバルブ１１を閉じてロードロック室１内を真
空に排気し、回転テーブル２を回転してカセットを所要
の真空の処理室のゲートバルブ位置に移動し、そのゲー
トバルブを開いて処理室内に搬送する。
【００１５】例えばカセット１０２内のウエハを処理室
１５３にて処理する場合には、回転テーブル２を回転し
てカセット１０２をゲートバルブ１４３の位置に移動
し、ゲートバルブ１４３を開いて搬送ロボット１６３に
よりカセット１０２内の所定のウエハを取り出し処理室
１５３内に搬送する。
【００１６】ゲートバルブ１４１〜１４３等をロードロ
ック室の外周に沿って等角度間隔に配置し、また、カセ
ットカセット１０１〜１０４等も回転テーブル２上に上
記等角度間隔で搭載すると、一つのカセットが所定の処
理室前に同時に搬送されたときに、他のカセットも他の
ゲートバルブの前に同時に搬送されるので、各カセット
内のウエハをそれぞれの処理室内の搬送ロボットにより
各処理室内に同時に搬送することができる。すなわち、
回転テーブル２の１回の回転によりカセット１０１〜１
０４内のウエハを処理室１５１〜１５３内に別個に、ま
た同時に搬送して処理することができる。
【００１７】また、一つのカセットが所定の処理室前に
搬送されたときに、他のカセットが所定の処理室の前に
来なければ、次ぎの回転テーブル２の回転によりそのカ
セットを所定の処理室前に搬送し、その処理室内の搬送
ロボットにより搬送するようにする。上記の動作により
ロードロック室１の１回の排気により複数のウエハを同
時、または連続して真空処理することができ、装置のス
ル−プットを早めることができる。
【００１８】なお、カセット１０１〜１０４等は、例え
ば８吋のウエハを２５枚程度収納する。また、回転テー
ブル２を大きくすれば、回転テーブル２上に搬送するカ
セット数を増やすことができ、さらにロ−ドロック室１
も大きくなるのでその周辺部に接続する処理室数も増や
すことができ、これによりロードロック室１の１回の排
気により処理できるウエハ数と処理の種類を増やすこと
ができる。
【００１９】図１において、回転テーブル２は回転軸３
により回転し、回転軸３は気密用のＯリング５や磁気シ
−ルド軸を介して大気側の動力系４に接続されて駆動さ
れる。制御ユニット１７は回転軸３に取付けたエンコー
ダやスリット応用の位置検出器６の回転位置信号を取り
込んで回転テーブル２の回転位置を制御し、各カセット
を所定位置に移動する。
【００２０】回転テーブル２上にはカセットを搭載する
カセットテーブル９１〜９４等が設けられる。カセット
テーブル９１〜９４の一端は図示のように回転テ−ブル
２の外周部にヒンジ接続され、その傾きを変えられるよ
うになっている。回転テ−ブル２が所定の位置に停止す
ると、ロ−ドロック室１の底部に設けられたエアシリン
ダ（駆動系）７１〜７４のロッド７１１〜７４１が回転
テ−ブル２に設けた小穴を介して上昇し、カセットテー
ブル９１〜９４を略水平に押し上げる。なお、ロッド７
１１〜７４１はそれぞれ気密用のＯリング８１〜８４を
介してロ−ドロック室１内に挿入されている。
【００２１】制御ユニット１７は電磁バルブ１８を介し
て各エアシリンダ７１〜７４を駆動し、各カセットテー
ブル９１〜９４の傾きを制御する。上記カセットテーブ
ル９１〜９４が水平に保たれた状態で、上記ゲートバル
ブ１１を介するカセットの挿入、取り出しや、ゲートバ
ルブ１４１〜１４４を介するカセットの挿入、取り出し
等が行われる。
【００２２】上記カセットの挿入、取り出しが完了する
と、エアシリンダ７１〜７４はロッド７１１〜７４１を
回転テ−ブル２の下に降下させ回転テ−ブル２を回転可
能な状態にする。この状態では各カセットテーブル９１
〜９４は回転テ−ブル２の内周側に向かって傾いてい
る。なお、上記のようにカセットテーブルを傾けた場合
にカセットが回転テ−ブル２の内周側にスリップしない
ようにカセットテーブル９１〜９４にはそれぞれストッ
パが設けられる。
【００２３】ゲートバルブ１１を介するカセットの挿入
が完了すると、ゲートバルブ１１を閉じてロードロック
室１内を真空に排気し、回転テーブル２を回転してカセ
ットを所要の真空の処理室のゲートバルブ位置に移動す
る。上記回転テーブル２の回転によりカセット１０１〜
１０４内のウエハには遠心力が作用するが、上記のよう
に各カセットを傾けることによりウエハが飛び出すこと
が防止される。
【００２４】次いで、カセットテ−ブルを水平に保持
し、対応するゲートバルブを開き、真空ロボットにより
カセットから処理室内に所定のウエハを搬送する。処理
室におけるウエハの処理終了後は再びを搬送ゲートバル
ブを開いて真空ロボットによりウエハを所定のウエハカ
セット内に戻し、次ぎの作業に移行する。
【００２５】上記ウエハの取り出しにおいてカセットテ
−ブルを傾けたまま停止させて、真空ロボットが傾いて
いるカセット内より所定のウエハを取り出すようにして
もよい。また、ゲートバルブ１１を介してロ−ドロック
室１内にウエハを挿入する際にも、カセットテ−ブルを
傾けたまま停止させてカセットを所定のカセットテ−ブ
ル上に搬送することもできる。
【００２６】本発明において重要なことはロ−ドロック
室１内に多数のカセットを装着し、複数のウエハを複数
の処理室に同時に搬送して同時に処理し、スル−プット
を大幅に向上できるようにしたことである。このため、
図１、図２に示したようにロ−ドロック室１内に複数の
カセットテ−ブル９１〜９４を搭載した回転テ−ブル２
を設け、回転テ−ブル２を回転して所定のウエハケ−ス
を所定の処理室の前に移動できるようにしている。
【００２７】しかし、ウエハの表面は極めて平滑に仕上
げられているので、上記回転テ−ブル２の回転時の遠心
力によりウエハがウエハケ−ス内から簡単に飛び出すと
いう問題があり、このため本発明では、エアシリンダ７
１〜７４等が設け、回転テ−ブル２に設けられた小穴を
通してカセットテ−ブル９１〜９４の傾けを変えるよう
にしている。
【００２８】図３は上記カセットテ−ブルの傾斜とウェ
ハの飛び出し量の関係を測定したデ−タである。回転時
のウエハには、ウエハの質量をｍ，回転テ−ブル２の中
心からウエハ重心までの距離をｒ（図３では、ｒ＝２１
０ｃｍ）回転の各速度をωとすると、Ｆ1＝ｍｒω2の遠
心力が働く。一方、ウエハを角度θだけ内周側に傾斜さ
せるとウエハにはＦ2＝μｍｒω2sinθなる摩擦力が作
用し上記Ｆ1を抑止する。したがって図３に示すよう
に、カセットテ−ブルを水平に保った場合には、黒の
円、三角、及び四角でプロットした線に見られるよう
に、回転速度と角加速度に応じてカセットからのウェハ
飛び出し量が増加する。これに対してはカセットテ−ブ
ルを略３度傾けた場合には白の円でプロットした線（横
軸と一致している）に示されるように、上記ウェハの飛
び出しが認められない。
【００２９】図４はカセットの搭載数を増加するように
した本発明の他実施例の回転テ−ブル部分の断面図であ
る。図４においては回転テ−ブル２の上にはカセットが
２段に積み上げられるようにし、ロ−ドロック室１の一
回の真空排気で処理できるウエハ数を倍増してスル−プ
ットをさらに向上させるようにしている。
【００３０】このため、回転テ−ブル２にはカセットテ
−ブル９１の上にカセットテ−ブル９５が同様にヒンジ
接続され、その上にカセット１０５を搭載できるように
なっている。カセットテ−ブル９１とカセットテ−ブル
９５の端部はロッド２１により連結されているので、図
１の場合と同様にエアシリンダ７２のロッド７２１によ
りカセットテ−ブル９１を突き上げると、カセットテ−
ブル９５も連動して持ち上げられる。
【００３１】
【発明の効果】本発明により、上記回転テーブル上の複
数のカセット内の複数のウエハをロードロック室の一度
の真空排気中に真空処理できるウエハ数を大幅に増やす
ことができる。また、複数のカセットを回転テーブル上
に搭載することにより、ロードロック室を比較的小型に
製作することができる。また、上記回転テーブルの回転
制御によりカセットを所定のゲ−トバルブ前に迅速に搬
送することができる。また、上記回転テーブルの回転時
に各カセットを傾けることにより、遠心力によるウエハ
の飛び出しを防止することができる。
【００３２】また、上記回転テーブル上に複数のカセッ
トを積層して搭載することにより、ロードロック室の一
度の真空排気中に処理できるウエハ枚数を増加すること
ができる。以上により、複数のウエハを連続的、かつ自
動的に真空処理して高いスループットを得ることがで
き、さらに省スペースで安定に動作し、経済性の高い半
導体処理装置のロードロック室を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロードロック室実施例の正面断面
図である。
【図２】本発明によるロードロック室実施例の上面断面
図である。
【図３】ウエハの飛び出し量の測定デ−タである。
【図４】本発明による他のロードロック室実施例の部分
断面図である。
【符号の説明】
１ ロードロック室 ２ 回転テーブル ３ 回転軸 ４ 動力系 ５、８、１３ 各Ｏリング ６ 位置検出器 ７、１２ エアシリンダ １１ ゲートバルブ １７ 制御ユニット １８ 電磁バルブ ２１ ロッド ９１〜９５ 各カセットテーブル １０１〜１０５ 各カセット １４１〜１４３ 各ゲートバルブ １５１〜１５３ 各処理室 １６１〜１６３ 各搬送ロボット ７２１ ロッド

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体処理装置のロードロック室におい
    て、半導体ウエハを搭載したカセットを外部より出し入れす
    るための第一のゲートバルブと、該ロードロック室の外
    周に沿って等角度間隔で配置され、該半導体ウエハの搬
    送機構をそれぞれ内設した複数の真空処理室と、該ロー
    ドロック室の外周に沿って等角度間隔で配置され、該カ
    セット内の半導体ウエハを搬送・搬出するため上記ロー
    ドロック室と上記複数の真空処理室とをそれぞれ接続す
    る複数の第二のゲートバルブと、上記ロードロック室内
    に回転テーブルと、上記回転テーブル上に、該回転テー
    ブルに対して上記カセットを傾けて搭載できる複数の搭
    載手段と、上記回転テーブルの回転位置を制御すると共
    に、該搭載手段の傾き角を制御する制御装置とを具備し
    たことを特徴とする半導体処理装置のロードロック室 。
  2. 【請求項２】 請求項１において、それぞれ上下方向へ
    搭載部を複数段設けた前記複数の搭載手段と、該各搭載
    手段の複数段搭載部の一端を上記回転テーブルに連結す
    るヒンジと、該各複数段搭載部のそれぞれの傾きを上記
    ロ−ドロック室の外部より真空シ−ル部を介して同時に
    上下に傾けて制御する駆動装置とを備え、前記半導体ウ
    エハを真空処理室側に搬送しもしくは真空処理室側から
    の搬出時には、上記搭載手段で上記カセットを水平に維
    持できるようにしたことを特徴とする半導体処理装置の
    ロードロック室。
  3. 【請求項３】 請求項１もしくは２において、該第二の
    ゲートバルブに対応して等角度間隔位置にカセットを配
    置する上記複数の搭載手段を備え、上記複数の搭載手段
    上のカセット内の所定の半導体ウエハを、別個にもしく
    は同時に所定の第二のゲートバルブを介して該真空処理
    室側に搬送しまたは該真空処理室側から搬出するように
    したことを特徴とする半導体処理装置のロードロック
    室。
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